Har House 3D Printing äntligen gjort det?

Utanför den additiv tillverkningsindustrin (AM) kommer man ofta att se konceptet med additiv konstruktion kallad "hus 3D-utskrift" eller "3D-tryckt konstruktion." Se bara resultaten av GoogleGOOG
sökordsverktyget nedan. Detta indikerar delvis den medvetenhet som allmänheten har om denna specifika sektor, eftersom de flesta vanliga nyhetsartiklar täcker det ökande antalet hem som nu tillverkas med konkreta 3D-utskriftstekniker. Men additiv konstruktion når nu en punkt där sektorn värderas för 3D-printade bostäder och vidare.

Additiv konstruktion har äntligen gjort det

Detta signaleras av en rad utvecklingar, främst antalet extremt stora aktörer som har kommit in i utrymmet. Många av de rubriker vi ser idag genereras av några små startups, inklusive ICON och COBOD, som bygger konstruktionssystem för 3D-utskrift. Men deras kunder är några av de största på planeten.

Till exempel COBOD—dragen tillbaka av 1.8 miljarder dollar PERI Group – är leverantör till GE, som nyligen byggde världens största anläggning för additiv konstruktion för att 3D-printa betongbaser för vindturbiner. Holcim, den cirka 28 miljarder dollar cementjätten i varmvatten för tillverkning erbjudanden med ISIS i Syrien, är en annan COBOD-kund. Den använder COBOD-maskiner för att 3D-printa hem och skolor i Afrika genom sin ideella grupp 14 träd.

ICONs kunder är utan tvekan ännu större. Förutom att samarbeta med mindre bostadsutvecklare är ICONs primära partners NASA och det amerikanska försvarsdepartementet. För den amerikanska armén har ICON 3D-utskrift fordonsskydd och massiva baracker.

Samtidigt kommer andra konglomerat in i sektorn, inklusive CEMEX, det 5:e största byggmaterialföretaget i världen; Sika, en schweizisk kemijätte med ett nuvarande börsvärde på 38 miljarder dollar; och Saint-Gobain, ett av världens äldsta och största multinationella företag inom byggmaterial med intäkter på cirka 47 miljarder dollar.

Var kom additiv konstruktion ifrån?

Wohlers Associates, som drivs av ASTM International, är 3D-printbranschens äldsta och mest respekterade konsultföretag. I april 2022 byggdes 3D-utskriftsexpert Stephan Mansour gick med Wohlers som associerad konsult, och erbjöd ytterligare ett tecken på att additiv konstruktion hade gjort det. Vi vet att konstruktions-3D-utskrift är mer än bara "hus-3D-utskrift", men var kom det ifrån? Mansour hade några svar.

Enligt specialisten fick additiv konstruktion ett betydande uppsving från Mellanöstern, där Förenade Arabemiraten tillkännagav sin vision för 2030 och Saudiarabien presenterade sin NEOM-projekt. Den förra sökte göra 25 procent av Dubais byggnader 3D-utskrivna år 2030, medan den senare tillförde 500 miljarder dollar för planering och konstruktion från Saudiarabiens offentliga investeringsfond och internationella investerare.

"Som svar inledde huvudentreprenörer ansträngningar för att ytterligare undersöka och realisera additiv för konstruktion som ett verktyg för att uppnå önskade mål," sa Mansour. "Bemärkta företag och nyckelspelare i golfregionen inkluderar BAM Infra, BESIX, Freyssinet, Vinci, ACCIONA och Consolidated Contractors Company. Europeiska framsteg och landvinningar inom byggtillsats under de senaste sex åren är ett direkt resultat av de tidigare nämnda företagen. Baserade i Europa och arbetar i samarbete med olika materialleverantörer, tekniska institutioner och nystartade konstruktionsföretag för 3D-utskrift, ser de efter att förverkliga additiv för konstruktion som ett verktyg i branschen."

Detta drevs ytterligare av en kombination av effekterna av pandemin och den negativa inverkan som traditionell byggteknik har haft på vårt ekosystem. Enligt Mansour driver frågor som brister i försörjningskedjan, minskad arbetskraft, en ökande efterfrågan på konstruktion, stigande materialkostnader och kunders hållbarhetskostnader "AEC-sektorn att tänka om status quo och gå mot tillsats för byggande."

Vad är nästa steg för Construction 3D Printing?

När denna ökade användning sker, finns det två nyckelområden som representerar nästa utvecklingsstadium för additiv konstruktion, enligt Mansour: att förbättra tekniken och göra den mer hållbar. I det första området kommer vi att se funktioner som automatisk utskriftsövervakning genom användning av sensorer och artificiell intelligens som används för att förbättra utskriftskvaliteten. Dessutom kommer driftsättnings- och avvecklingsprocessen för 3D-utskriftsutrustning, särskilt för utskrift på plats, att optimeras.

När det gäller hållbarhet vet vi redan att om cementindustrin var ett land skulle det vara det tredje största släpper ut koldioxid i världen efter att Kina och USA:s Mansour-projekt minskade beroendet av detta material till förmån för metakaolin, adobe, kalksten, återvunnet byggavfall, gruvavfall, skiffer och mer. På liknande sätt kommer nya förstärkningsmaterial att utforskas, inklusive hampa och hampa armeringsjärn, grafen, inbäddade fibrer och glasaggregat.

Naturligtvis används inte additiv konstruktion enbart för 3D-utskrift av betonghus, och det kommer det inte heller att vara i framtiden. Mansour påpekade ett antal tillämpningar utöver vad som täcks i de flesta vanliga medier, såsom digital inventering för att hantera kostnader, ledtider och logistik; optimering av delar och reservdelar för 3D-utskrift för åldrande byggutrustning; mer hållbara metoder för att skapa fasader, beklädnad och strukturella kopplingar; och implementera ett cirkulärt tillvägagångssätt genom att använda återvunnet material som plast och träavfall för 3D-utskrift av möbler och inventarier.

Additiva konstruktionsstandarder

Framöver kanske det största hindret för sektorn inte är tekniskt till sin natur utan förknippat med standarder inom additiv konstruktion.

”Ingenting inom byggandet sker utan standarder. Det finns ingen "gör om" i konstruktion; en struktur måste byggas för att vara säker och motstå tidens tand och väder och vind. Byggsektorn är inte motvillig att ta till sig nya tillvägagångssätt och tekniker utan måste vara säker på att de strukturer som "skrivs ut" är säkra och uppfyller eller överträffar kraven. Det är här standarder spelar en avgörande roll, säger Mansour. "Standarder möjliggör massantagande och acceptans, vilket främjar skapandet av en sund konkurrensutsatt marknad, som uppmuntrar ytterligare utveckling av material och tillvägagångssätt och möjliggör konkurrenskraftig prissättning."

Av denna anledning tog Mansour på sig att inrätta en kommitté för att behandla frågan i mars 2021. Det som kom att bli ISO/TC 261/JG 80-kommittén utarbetade ett utkast till standard, ISO/ASTM 52939, som kommer att genomgå en andra granskning och kommentarsprocess innan officiell publicering i slutet av 2022.

"Detta är lägligt, eftersom det spelar in i flera regeringsledda initiativ som EU-kommissionens senaste förslag från den 30 mars^th, 2022 där Additive for Construction uttryckligen tas upp och där European Committee for Standardization (CEN och CENELEC) godkände antagandet av ISO/ASTM 52939 som en CEN ISO/ASTM-standard när den väl har publicerats", noterade Mansour.

Som vi har sett med andra 3D-utskriftsstandarder är detta bara början på vad som kommer att bli en lång, mödosam process som kommer att vara avgörande för att driva sektorn framåt. Med detta nyckelarbete som utförs kommer andra insatser som krävs för att utveckla additiv konstruktion att vara fortsatt utbildning av branschfolk. I detta avseende kommer Wohlers Associates, som drivs av ASTM International, att ge råd och stödja den globala byggsektorn genom att förstå styrkorna och begränsningarna med 3D-utskrift som ett verktyg. Organisationen erbjuder strategiska perspektiv på processer, material, regulatoriska initiativ och utveckling och antagande av industristandarder.